大二層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的探討

雷鳴,何旸,劉毅娟,劉曉麗（華北理工大學(xué)冀唐學(xué)院,河北唐山063000）

大二層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的探討

雷鳴,何旸,劉毅娟,劉曉麗
（華北理工大學(xué)冀唐學(xué)院,河北唐山063000）

摘要：大二層網(wǎng)絡(luò)可以分為虛擬交換機(jī)技術(shù)和隧道技術(shù)。隧道技術(shù)可以使用現(xiàn)有設(shè)備，有效節(jié)省資金，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)改變不大，可以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)人員的工作量。

關(guān)鍵詞：大二層網(wǎng)絡(luò);實(shí)現(xiàn)技術(shù);單播數(shù)據(jù)幀

隨著云計(jì)算的興起，大數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用得到了快速發(fā)展，虛擬服務(wù)器等技術(shù)也日漸成熟。但是實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用需要高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來(lái)支持。大二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和三層網(wǎng)絡(luò)模塊化思想的優(yōu)點(diǎn)，可以為上述應(yīng)用提供很好的支持。

1大二層網(wǎng)絡(luò)的概念及特點(diǎn)

大二層網(wǎng)絡(luò)是符合扁平化架構(gòu)、支持大規(guī)模虛擬化的二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

大二層網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：支持?jǐn)U充數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。使用二層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和VLan的延伸，完成虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的大范圍動(dòng)態(tài)遷移。它具有以下特點(diǎn)：（1）高效轉(zhuǎn)發(fā)；（2）有效避免環(huán)路；（3）網(wǎng)絡(luò)震蕩快速收斂；（4）部署方便；（5）支持多租戶(hù)；（6）平滑遷移。

2主流大二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

流行的大二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有虛擬交換機(jī)技術(shù)和隧道技術(shù)。下面將做分別說(shuō)明。

2.1虛擬交換機(jī)技術(shù)

虛擬交換機(jī)的構(gòu)架思路很簡(jiǎn)單，是包含于工程體系中的。通過(guò)將相互冗余的設(shè)備或鏈路進(jìn)行合并操作來(lái)，使其變成一個(gè)單一的設(shè)備或者鏈路，解決由于使用冗余設(shè)備和冗余鏈路來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，二層網(wǎng)絡(luò)形成的環(huán)路的問(wèn)題[1]。到目前，交換機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)相當(dāng)成熟的階段，無(wú)論是低端的盒式交換機(jī)還是高端的框式交換機(jī)的使用都十分廣泛，并且技術(shù)成熟，設(shè)備穩(wěn)定性好。所以，現(xiàn)在使用的大二層網(wǎng)絡(luò)，最常見(jiàn)的就是基于虛擬交換機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

H3C公司研發(fā)的IRF技術(shù)、Cisco公司研發(fā)的VSS技術(shù)都是虛擬交換機(jī)技術(shù)的代表。按其網(wǎng)絡(luò)廠商的宣傳來(lái)說(shuō)，只需升級(jí)交換機(jī)軟件即可支持虛擬交換機(jī)，應(yīng)用成本低、部署簡(jiǎn)便[2]。但是目前這些不同的技術(shù)都只遵循各個(gè)網(wǎng)絡(luò)廠商的私有協(xié)議，只有同一廠商，并且是同一系列的產(chǎn)品才能實(shí)現(xiàn)虛擬化。實(shí)際上，很少有用戶(hù)能夠做到所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都屬于同一廠商、同一系列。所以，對(duì)于經(jīng)費(fèi)并不充足的高校來(lái)說(shuō)，部署虛擬交換機(jī)的成本還是比較昂貴。

2.2隧道技術(shù)

隧道技術(shù)的構(gòu)架思路為“借網(wǎng)打漁”，是包含于技術(shù)體系中的。使用冗余設(shè)備和冗余鏈路來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，二層網(wǎng)絡(luò)形成的環(huán)路的問(wèn)題是不可避免的。如果是三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，那么這種環(huán)路是不回產(chǎn)生的。因此，可以使用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建二層網(wǎng)絡(luò)，使其可以做到虛擬機(jī)大范圍動(dòng)態(tài)平滑遷移。

將另外的幀頭添加到二層（OSI）的報(bào)文之前，并使用路由計(jì)算方式來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)所有數(shù)據(jù)，不單單可以防止廣播風(fēng)暴，還可以做等價(jià)鏈路（ECMP）。這樣擴(kuò)充二層網(wǎng)絡(luò)將不在受到核心交換機(jī)的數(shù)量、冗余鏈路的約束。

TRILL技術(shù)和SPB技術(shù)是隧道技術(shù)的代表。二者都是借用了IS-IS路由協(xié)議的計(jì)算模式和轉(zhuǎn)發(fā)模式來(lái)大規(guī)模擴(kuò)展二層網(wǎng)絡(luò)。此種方案可以和現(xiàn)有的傳統(tǒng)三層網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，所用資金較少。鑒于此，本課題采用了TRILL技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)。

2.3T(mén)RILL技術(shù)原理和組網(wǎng)特點(diǎn)

多鏈接透明互聯(lián)（TransparentInterconnectionofLotsofLinks， TRILL）的標(biāo)準(zhǔn)是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（InternetEngineeringTaskForce，IETF）制定的。通過(guò)對(duì)IS-IS路由協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)充來(lái)完成二層路由的功能。相關(guān)過(guò)程如圖1所示。

圖1T(mén)RILL路由過(guò)程圖

（1）路由網(wǎng)橋（RoutingBridge，簡(jiǎn)稱(chēng)RBridge）用來(lái)運(yùn)行TRILL協(xié)議的網(wǎng)橋（Bridge），是一種網(wǎng)橋設(shè)備，它具有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。使用路由網(wǎng)橋構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)叫做TRILL區(qū)域（trillcampus）。

（2）路由網(wǎng)橋使用IS-IS協(xié)議中的鏈路狀態(tài)協(xié)議來(lái)識(shí)別TRILL區(qū)域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。用最短路徑樹(shù)算法計(jì)算路由轉(zhuǎn)發(fā)表（trill路由表）。TRILL區(qū)域內(nèi)的路由網(wǎng)橋使用終端地址交互協(xié)議（EndStationAddressDistributionInformation，ESADI）相互學(xué)習(xí)，分析物理地址，最后生成物理地址表。

（3）當(dāng)路由網(wǎng)橋接收到一般的以太數(shù)據(jù)幀時(shí)，就會(huì)對(duì)比物理地址表，如果這個(gè)物理地址源來(lái)自某個(gè)邊緣路由網(wǎng)橋，也就是TRILL域外時(shí)，就會(huì)自動(dòng)把其轉(zhuǎn)化成TRILL數(shù)據(jù)幀在TRILL域內(nèi)發(fā)送。

（4）當(dāng)路由路由網(wǎng)橋收到TRILL數(shù)據(jù)幀時(shí)，先判斷這個(gè)數(shù)據(jù)幀的目的地是不是它自己，如果是，就解析數(shù)據(jù)幀的TRILL報(bào)頭得到最初的數(shù)據(jù)幀再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如果目的地不是自己，就忽略這個(gè)TRILL數(shù)據(jù)幀。

上面所述為T(mén)RILL的單播數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)原理，即使用三層（OSI）路由的鏈路狀態(tài)發(fā)現(xiàn)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)二層（OSI）轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的TRILL，把一般網(wǎng)橋，加工成具備路由功能的網(wǎng)橋（RoutingBridge）。

（5）為了避免廣播風(fēng)暴造成的網(wǎng)絡(luò)癱瘓，TRILL協(xié)議引入了一個(gè)新的成員TTL。TTL的初始值一般都是系統(tǒng)默認(rèn)的值，代表著這個(gè)數(shù)據(jù)包在被扔掉以前所經(jīng)過(guò)的路由器的數(shù)量，一般為小于255的十進(jìn)制數(shù)。每當(dāng)數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，TTL就會(huì)做減一操作，當(dāng)TTL與零相等時(shí)，則這個(gè)數(shù)據(jù)包就會(huì)被扔掉。當(dāng)產(chǎn)生廣播風(fēng)暴時(shí)，也會(huì)因TTL逐漸降低直至為零被丟掉而結(jié)束廣播風(fēng)暴。

使用TRILL技術(shù)能夠很好地為云計(jì)算、大數(shù)據(jù)傳輸、虛擬服務(wù)器等應(yīng)用提供高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]張為民,唐劍鋒,羅治國(guó).云計(jì)算：深刻改變未來(lái)[M].科學(xué)出版社,2009:54.

[2]王慶波,何樂(lè).虛擬化與云計(jì)算[M].電子工業(yè)出版社,2009:27-35.